脑缺血会导致脑部血液、氧和葡萄糖供应中断以及能量减少,毒性代谢产物如谷氨酸和自由基的产生和积累可最终导致神经变性。减轻缺血性脑损伤的主要方法是迅速恢复缺血区血供。然而,再灌注会增加兴奋性氨基酸、氧自由基和细胞内Ca2 + 的产生并引起微血管损害,氧化应激和白细胞浸润可对脑组织造成额外损伤, 称为缺血再灌注损伤。作为内源性抗氧化成分, 血红素加氧酶(HO)-1在脑缺血再灌注损伤中发挥着重要的作用。现就HO-1在缺血再灌注损伤中的作用及其机制做一综述。
1. HO-1 的生物学特征
HO是将血红素转化为胆红素、胆绿素和一氧化碳所需的限速酶。在哺乳动物中HO有3种异构体,分别编码自不同的基因,因此在基本结构、表达调节和组织分布等方面均不相同。HO-1呈诱导型表达,而HO-2和HO-3则呈组成型表达。在生理条件下,HO-2是在哺乳动物组织中发现的主要HO亚型,特别是在脑组织和睾丸中。相比之下,HO-1表达相对较低,HO-3则无酶活性,其作用尚未阐明。HO-1,也称为热休克蛋白32,是一种微粒体蛋白,仅在脾脏和肝脏中以基础水平表达。此外,HO-1还是一种应激反应蛋白,可通过各种刺激在许多其他器官和组织中诱导表达,进而参与各种病理和应激状态。由于HO-1对血红素分解代谢的累积作用以及生物活性下游产物(胆红素、铁蛋白、一氧化碳)的产生,HO-1可能起到抗氧化损伤的保护作用。
2. HO-1在脑缺血再灌注损伤中的作用
2.1 抗炎
炎症反应是缺血再灌注损伤的关键环节。研究表明, 促炎性细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1β和IL-6在再灌注后升高,提示炎症在缺血再灌注损伤中起着重要作用。TNF-α是导致脑功能障碍的促炎性细胞因子。IL-6 参与了脑缺血发病过程中神经元凋亡和促炎性细胞因子的介导。三者均在脑缺血3～72h内明显上调,6h达高峰,因此被认为是参与脑缺血再灌注损伤的3种最重要的细胞因子。HO-1活性增高可减轻炎症反应及促炎性细胞因子的产生。研究显示,缺血再灌注损伤引起滚动和贴壁白细胞数量显著增加,TNF-α水平和黏膜通透性增高,HO-1 基因敲除小鼠则缺乏这些作用,而且诱导HO-1 活性及表达增高可减轻上述效应。
2.2 抗氧化应激
缺血再灌注损伤的另一重要参与因素就是氧化应激。在各种调节因子中,HO-1被认为可有效促进抗氧化物的产生、降低细胞内ROS水平并大幅恢复超氧化物歧化酶(SOD)活性。脑缺血再灌注损伤时,神经元和非神经元细胞中的HO-1 表达水平均显著增高。在原代培养的神经元中,HO-1表达增高可对抗氧- 葡萄糖剥夺(OGD)诱导的氧化损伤。大鼠缺血再灌注模型研究显示,HO-1过表达能改善动物神经行为学评分、增加抗氧化物含量、降低氧化标记物水平并减轻海马结构异常,而HO-1抑制剂SnPP则可逆转这种保护作用。
2.3 抗细胞凋亡
脑缺血再灌注损伤还可引起细胞凋亡。HO-1可促进抗凋亡蛋白p-Akt 和Bcl-2的活化以及促凋亡蛋白胱天蛋白酶-3和Bax 的阻断。在脑缺血再灌注损伤模型大鼠研究中,上调HO-1表达会降低神经功能缺损评分、缩小梗死体积和减轻脑水肿;同时神经元凋亡率降低,胱天蛋白酶-3表达受到抑制,而且Bax/Bcl-2 比值显著降低,提示HO-1可通过减少细胞凋亡减轻脑缺血再灌注损伤。
2.4 促进血管新生
HO-1可促进大鼠脑缺血再灌注损伤后的血管新生。研究显示,缺血再灌注损伤时HO-1mRNA水平显著增高,缺血半暗带新生血管密度明显增高,而应用HO-1抑制剂可显著降低新生血管密度。
3. HO-1在脑缺血再灌注损伤中的信号转导机制
HO-1的表达受到多种信号通路和转录因子的调控,包括核因子E2相关因子2(nuclear factor E2related factor 2,Nrf2 )、激活蛋白-1 ( activation
protein-1, AP-1 )和核因子-κB ( nuclear factor-κB,NF-κB)等。其中,氧化还原依赖性Keap1/Nrf2系统在HO-1诱导氧化应激反应中发挥着重要作用。
3.1PKC/Nrf2/HO-1 通路
HO-1基因的表达受转录核因子Nrf2的调控。Nrf2是一种碱性亮氨酸拉链转录因子,调节众多ROS解毒和抗氧化基因的表达。在正常条件下,Nrf2与Keap1相互作用形成复合物,限制Nrf2介导的基因表达。原儿茶醛(PCA)是一种具有抗氧化作用的酚酸化合物,在脑缺血再灌注模型大鼠中能显著改善神经功能评分、缩小梗死体积、减少坏死神经元和ROS 生成,其机制可能与增加缺血脑组织内Nrf2和HO-1表达有关。体外实验显示,PCA 能保护分化的SH-SY5Y细胞免受OGD诱导的损伤,而且PCA能以剂量依赖方式上调Nrf2和HO-1表达,而Nrf2和HO-1基因敲除则能阻断PCA 的上述神经保护作用。短暂性全脑缺血模型大鼠研究显示,七氟醚后处理能增高Nrf2和HO-1的表达水平并具有抗细胞凋亡作用,而强效PKC 抑制剂白屈菜红碱则能抑制上述效应,这也提供了PKC/Nrf2/HO-1通路参与缺血再灌注损伤的证据。
3.2miR-153可调节Nrf2/HO1通路
微RNA(miR)是一类小的非编码RNA家族,通过靶向位于mRNA 3’非翻译区的保守靶位点诱导mRNA降解和抑制翻译。越来越多的体外和体内实验证据表明,多种miR参与了缺血再灌注损伤中神经元的凋亡和存活。研究显示,抑制miR-153能增高OGD/复氧处理神经元中ARE 活性,进而促进靶基因HO-1表达,提示抑制miR-153可促进Nrf2/HO-1通路的信号转导。研究表明, 抑制miR-153对Nrf2表达的促进作用能被Nrf2沉默显著抵消,进而逆转miR-153 抑制对OGD/复氧诱导的细胞凋亡和ROS 生成的抑制作用。总之,这些数据表明,抑制miR-153能通过调节Nrf2来保护神经元免受OGD/复氧损伤。
3.3ROS 信号可作为HO-1活性上调的近端刺激
研究表明,NS-1619预处理诱导的氧化物生成能防止小肠缺血再灌注诱导的炎症和黏膜屏障破坏。在NS-1619预处理的小肠组织中,HO-1蛋白表达减少但活性却增高,而且这并非由于HO-2活性的代偿性改变所致。因为NS-1619 预处理在SnPP处理小鼠或HO-1敲除小鼠中并未出现保护作用。这些结果表明,NS-1619诱导的ROS 信号可作为HO-1活性上调的近端刺激。
3.4IL-10/HO-1相互调节
HO-1的表达与IL-10信号通路相关,反之亦然。作为抗炎性细胞因子的IL-10 能结合激活信号转导及转录激活蛋白(STAT)-3的磷酸化受体四聚体复合物,导致磷酸化的STAT-3易位至细胞核,并在细胞核内结合并激活各种基因启动子中的STAT 结合元件。IL-10介导的HO-1诱导需要激活STAT-3和PI3K通路;此外,HO-1 和一氧化碳通过激活p38 MAPK来调节IL-10 的产生。
3.5Nrf-2/HO-1/NF-κB
大鼠永久性局灶性脑缺血研究表明,奥曲肽能显著减轻神经功能缺损、缩小脑梗死体积和减轻脑水肿,其机制可能与上调Nrf2、HO-1和SOD表达以及降低NF-κB和丙二醛表达有关。另一项研究也显示,脑缺血再灌注损伤会导致NF-κB表达上调以及Nrf-2和HO-1表达下调；相比之下,应用氯吡格雷和鹿茸肽(PAP)可有效下调NF-κB的表达并上调Nrf-2和HO-1表达。
出处：国际脑血管病杂志 2018年
第26卷第6期：464～466；本网节选
为了避免权属纠纷，特做如下说明：本站内容作品来自用户分享及互联网，仅供参考，无法核实真实出处，并不代表本网站赞同其观点和对其真实性负责，本网站仅提供信息存储空间服务，我们致力于保护作者版权，如果发现本站有涉嫌侵权的内容，欢迎发送邮件至youxuanhao@qq.com 举报，并提供相关证据，一经查实，本站将立刻删除涉嫌侵权内容。
